高強度レーザー光による高エネルギー粒子加速の基礎物理研究

取組要旨

レーザー光は、集光によって、1億気圧を超える高いエネルギー密度（圧力）状態を実現でき、その圧力によって粒子を高エネルギーに加速することができます。現在、大阪大学レーザー科学研究所をはじめ世界の研究施設で、このような高強度レーザーが開発・運用されています。本研究は、高強度の光による粒子加速の基礎メカニズムの解明を目指しています。高強度レーザー光を物質に照射すると、光のエネルギーを受け取った物質は1000万度級の温度に加熱され、高エネルギーの荷電粒子、中性子、X線・ガンマ線などが放出されます。このような高エネルギー密度状態の物質中での複雑な粒子加速過程は、天体周辺や雷などにおける高エネルギー粒子生成と強い関連があり、加速機構を解明できれば宇宙天気予報等への応用も期待できます。最近の研究では、光に加熱され超高圧のプラズマ状態となった物質から大量の電子が突発的に噴出し、高エネルギー電子加速につながることを明らかにしました。これらの基礎研究を通して、粒子ビームによる非破壊検査やがん治療など応用展開への貢献を目指します。

研究成果・インパクト

研究成果を応用し、レーザー駆動粒子加速を制御することが可能になれば、加速器の小型化につながり、インフラ等の非破壊検査の普及による安全でレジリエントな居住環境の構築や、粒子線がん治療の普及によるすべての人の健康と福祉の増進など、いのちを「まもる」、「つなぐ」ことに貢献できます。また、研究対象とする粒子加速過程は、太陽フレア等における高エネルギー宇宙線生成と強く関連します。人類の持続的な生活環境確保と技術発展のため宇宙空間の利用が広がる中、高エネルギー粒子やX線が降り注ぐ宇宙天気と、衛星や生体への放射線影響を正確に把握することはいのちを「まもる」、「はぐくむ」ための重要課題であり、本研究はその基礎となる知見を提供するものです。

担当研究者

岩田夏弥（レーザー科学研究所／高等共創研究院）

※本学ResOUのホームページ「究みのStoryZ」に、インタビュー記事が掲載されています。是非ご覧ください。
https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/story/2023/OURG-01-04/

キーワード

高強度レーザー、高エネルギー密度、粒子加速

応用分野

天文学、宇宙天気予報、非破壊検査、放射線影響学、粒子線がん治療